新型加筋格賓型擋土墻在路基生態支擋工程中的應用研究

吳穎峰

（浙江交通職業技術學院，浙江 杭州 311112）

0 引言

傳統的公路重力式擋土墻具有構造簡單，施工方便和就地取材等優點。但這類擋土墻主要以自重來保持整體穩定，同時其體積較大并占用較多土地，也不易開展結構物的工廠化與裝配化施工。新型加筋格賓型擋土墻是一種最新的加筋類支擋技術，它是將抗腐耐磨的低碳鍍鋅網或鍍鋅鋁合金紡織成雙絞六邊形網孔的網片。其中，組成網片的鋼絲是由高溫鍍鋅處理與表層覆蓋塑膜加工而成，因此具有良好抗侵蝕能力與耐磨能力，鋼絲經加工機械編織成金屬網，它綜合了傳統加筋土擋土墻的拉筋作用與新的格賓固土功能，能有效收縮路基邊坡坡腳，減少公路的用地面積。此外，擋土墻采用生態加筋格賓取代面板后，可直接通過綠色植物種子實現在填料上噴播，達到路基邊坡長期綠化的目的，為建設綠色公路起到了重要的作用。

新型加筋格賓型擋土墻為無面板類加筋擋墻，屬于柔性的結構體[1]，可以適應地基一定范圍內的變形，通過反包式土工格柵的加筋錨固作用，約束土體的側向變形，保證路基的穩定。

1 結構計算

新型加筋格賓擋土墻采用抗拉模量低、延伸率高的筋材，其潛在破裂面簡化為圖1 所示破裂面，破裂面與水平面夾角為45°+φ/2。

圖1 加筋格賓擋土墻的破裂面示意圖

土壓力系數按式（1）計算。

式中：Ki為面板后結構內深度Zi位置的土壓力系數；Ka為面板后主動土壓力系數，Ka=tan2（45°+φ/2）

作用于第i 層假想面板上的水平土壓應力按式（2）計算。

式中：σEi為結構體內深度Zi處作用于假想面板上的水平土壓應力，kPa；σi為結構體內深度Zi位置的豎向壓應力（永久荷載作用），kPa；σfi為結構體內深度Zi處的豎向壓應力（車輛荷載、人群荷載作用），kPa。

由抗拔穩定性驗算確定筋材的錨固段長度后，筋材總長度按式（3）計算，見圖2 所示。

圖2 筋材長度計算示意圖

式中：Li為Zi層深度位置的筋體總長度，m；Lei為主動區內筋體的長度，m；Lai為穩定區內筋體的有效錨固長度，m，應不小于2 m；Lwi為面墻側包裹長度，應不小于di/cos α，di為第i 層加筋體厚度，α 為墻面與豎直線的夾角；Lbi為回折反包部分長度，不宜小于2 m。

筋材有效錨固長度和在主動區長度之和還應滿足下列要求：

（1）筋材最小長度宜大于0.8 倍墻高，且不小于5 m；當墻高小于3 m 時，筋材長度不應小于3 m，且應采用等長筋材。

（2）采用不等長的筋材時，同等長度筋材的墻段高度應大于3 m；相鄰不等長筋材的長度差不宜小于1 m。

（3）當墻高大于6 m 時，為控制擋土墻變形，宜在擋土墻中下部加設長度不小于2 m 的輔筋，輔筋間距不宜大于0.3 m。

為了便于施工作業，不同層次的筋材應按照規定長度的最大值進行作業。

在全墻抗拔穩定性驗算中，穩定性系數一般取值為2，按式（4）進行驗算。

式中：Kb為擋墻的總體抗拔穩定性系數；∑Tpi為各種類型的筋體材料產生的抗拔力總和，kN；∑Ti為各個層次筋體材料承受的水平拉力總和，kN。

此外，還要對擋土墻進行抗滑動性能驗算、抗傾覆穩定性驗算、地基承載力計算[2]，以確保其穩定性。

土質地基上的擋土墻，凡屬下列情況之一者，應進行地基沉降計算：

（1）軟土地基或下臥層有軟弱夾層的地基；

（2）擋土墻地基應力接近地基允許承載力；

（3）擋土墻基底的地基沉降不符合設計規定的要求。

地基沉降一般應按《公路路基設計規范》（JTG D 30）進行計算[3]。對于軟土地基上的擋土墻，當地基最大沉降量計算值大于設計規定的允許值時，應采用調整擋土墻結構形式、斷面尺寸、埋置深度和地基處理等措施，使沉降量滿足規范要求。

對于地基而言，其下方也可能會遇到深層滑動情況，應進行結構體與地基滑動穩定驗算，計算模型見圖3 所示，新型加筋格賓型擋土墻整體滑動穩定系數不應小于1.25。

圖3 加筋格賓擋土墻整體穩定性計算模型

整體滑動穩定系數Ks 按式（5）計算。

式中：ci為黏聚力（第i 土條），kPa；xi為弧長（第i 土條），m；Wi為重力（第i 土條），kN；βi為滑動弧法線與豎直線的夾角（第i 土條），（°）；φi為滑動面位置的內摩擦角（第i 土條），（°）。

2 施工應用

某新建高速公路，地形變化大，構造發育，線路跨越地貌單元多，主要有侵蝕剝蝕低山丘陵區及溝谷凹地。項目有一段310 m 長的加筋格賓擋土墻，其結構組成由加筋格賓+ 墻背結構回填+ 麥克排水墊+土工格柵+ 噴播綠化構成；新型加筋格賓采用抗侵蝕與耐磨的鍍鋅網，網面抗拉強度50 kN/m。擋墻面坡比為1∶0.466，墻頂設置2 m 寬平臺，平臺要進行防沖刷處理，路基邊坡坡度為1∶1.5，擋墻底部埋深不小于1 m，擋土墻沿縱向方向頂面為階梯型，擋土墻布置見圖4 所示。

圖4 擋墻布置圖

2.1 測量放樣與地基處理

（1）根據設計圖紙基礎、基底整平處理；放樣結構位置坐標。在實地測量出擋墻腳點、邊線等控制點，布置坐標、標高控制點，然后依據擋墻底座寬，進行基礎的挖深、放坡測量定位。

（2）擋墻開挖前將場地清理平整，做好排水坡向，檢查在施工紅線范圍內是否有地下管線、電纜，如有應先排除后，方可進行開挖。

（3）擋墻基槽土石方部份主要采用挖掘機開挖，按設計圖紙分段跳槽開挖，按設計要求分層放坡開挖。基底開挖完成后通知監理單位進行驗收，同時作好隱蔽檢查記錄并簽證。

（4）對場地進行平整處理，并做好地面排水，向有關部門了解和查閱資料，在施工紅線范圍內是否有地下管線、電纜，洞穴，如有應先排除后方進行開挖。開挖時，須注意落石，清除上方弧石，碎石夾土低邊坡不要陡于1∶1～1∶1.25。開挖時，須注意基坑支護，開挖后應立即施工擋墻及墻背回填，避免基坑坍塌。

2.2 排水墊施工

施工流程：放樣出墻體位置→鋪設W 型排水墊→錨固。

（1）擋墻開挖后清除基坑內雜物，對地基進行承載力試驗測試，滿足要求的進行施工，承載力不滿足要求進行地基回填處理，必須達到承載力滿足要求。

（2）擋土墻施工時，結構體墻頂和墻底要做好截排水處理，背部設計W 型排水墊，排水墊邊緣應至少搭接6 cm，并將搭接處用U 型釘進行錨固。

（3）麥克墊具有粗糙、平滑兩面，沿坡面展開時，應將平滑面接觸土體，并沿坡面自上而下鋪裝。用φ8 鋼筋加工制作U 型金屬錨釘，將麥克墊固定于坡面，鍍鋅鋼絲網通過錨釘固定于坡面，將U 型釘間距保持1～1.2 m 且與地面齊平，此舉可有效提升錨釘的抗拔力，從而可起到穩定邊坡的作用。相鄰兩麥克墊卷要保證不少于6 cm 寬度的重疊，并將重疊部分錨固。錨固溝對于易侵蝕土壤開挖一個距坡緣長0.6-1 m、深0.3 m、寬1 m 的溝槽，緊貼溝底將墊卷固定。

2.3 土工格柵施工

上述施工完成后，按設計要求開始土工格柵的施工。格柵進行搭設搭接寬度不小于設計要求，且要求高端壓在低端上。并在土工格柵的接頭上每隔1.0 m 用U 形釘固定一處。

（1）鋪土工格柵前，將鋪設面層做成向兩側≥2%的排水坡并壓實平整，再人工鋪設20 cm 厚碎石排水層，外包聚酯長纖無紡布，碾壓密實，清除可能刺破土工格柵的尖銳雜物和碎石，鋪設時理順，拉直、繃緊，無褶皺和破損。

（2）土工格柵運到工地后，按規定存放，對其主要性能指標進行抽樣檢測，一般要求每批不少于一次。

（3）回填土層時，填土施工順序一般為先邊后中，同時要盡量不推擠砂土。回填土壓實不同于一般的結構體，應注意輕型與重型壓路機組合使用，即先由輕型壓路機沿縱向由兩側逐步向中間壓實，待碾壓3 次后，再用重型壓路機壓實至設計要求的壓實度。

（4）土工格柵需分層施工，將格柵拉平后用防銹鋼釘固定。為避免土工格柵鋪設后受陽光直接曝曬時間過長，應在鋪設完成后迅速回填土。

2.4 新型加筋格賓體與回填土施工

加筋格賓體一般由鍍鋅鋼絲網、金屬網、結構支架、結構支撐桿組合而成。將新型加筋格賓構件按設計要求放置完成，相鄰構件的邊緣使用絞合法進行連接，按15 cm 左右單圈繞結- 雙圈扣緊絞合。相鄰單元拉筋帶之間采用點綁扎連接，間距取值一般不超過0.5 m，將筋帶網面全部展開，每隔1 m 在邊緣用鋼筋固定。

墻背拉筋錨固段填料宜采用具有一定級配、透水性好的砂類土或碎礫石土，土中的粗顆粒不應含有在壓實過程中可能破壞拉筋的帶尖銳棱角的顆粒。

拉筋應按設計位置水平鋪設在經過整平、壓實的土層上，單根拉筋應垂直于擋墻面板，多根拉筋應按設計扇形鋪設。拉筋應理順，放平拉直，不可彎折、扭曲，不能與硬質、棱角填料直接接觸。墻面板安裝應根據高度和填料情況設置適當的傾斜（1∶0.02~1∶0.05），安裝完成的面板不得向外傾斜。拉筋與面板之間的連接應牢固，連接部位強度應不低于拉筋強度。

墻背回填土應采用設計要求的填料，不應含各類雜物或垃圾，其化學及電化學性能應符合筋帶的防腐和耐久性要求，嚴禁采用腐殖性土、結冰塊體、膨脹土、軟質淤泥和高液限黏土等不良填料。填料攤鋪、碾壓應從拉筋中部開始平行于墻面進行，不能沿著拉筋方向碾壓。攤鋪、碾壓方向應先向拉筋尾部，再向墻面方向作業。根據拉筋間的距離、碾壓機械和密實度要求，經試驗確定路基分層施工厚度、碾壓遍數。應分層填筑分層壓實，各層形成平順表面，頂層路拱合適。為防止結構體被碾壓破壞，在靠近墻面板處應使用小型機具或人工夯實，并嚴禁車輛與機械設備在未經壓實的填料上通行。

3 結語

新型加筋格賓型擋土墻屬于柔性生態加筋類擋土墻，它既起到支擋路基填土作用，又有生態綠化功能，并能節約用地。將來還需在擋土墻新材料研究與施工工藝優化方面作進一步研究，在路基生態支擋方面全面推廣新型加筋格賓型擋墻技術。